Bài giảng cơ sở tự động học, chương 2

Hồi tiếp và các hiệu quả của nóa)Hiệu quả của hồi tiêp với độ lợi toàn thể b)Hiệu quả của hồi tiếp đối với tính ổn định c)Hiệu quả của hồi tiếp đối với độ nhạy d)Hiệu quả của hồi tiếp đối với nhiễu phá rối từ bên ngoài Trong những thí dụ ở trên, việc sử dụng hồi tiếp chỉ với chủ đích thật đơn giản, để giảm thiểu sự sai biệt giữa tiêu chuẩn tham khảo đưa vào và tín hiệu ra của hệ thống. Nhưng, những hiệu quả có ý nghĩa của hồi tiếp trong các hệ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng cơ sở tự động học, chương 2Chương 2: Hồi tiếp và các hiệu quả của nó a)Hiệu quả của hồi tiêp với độ lợi toàn thể b)Hiệu quả của hồi tiếp đối với tính ổn định c)Hiệu quả của hồi tiếp đối với độ nhạy d)Hiệu quả của hồi tiếp đối với nhiễu phá rối từ bên ngoài Trong những thí dụ ở trên, việc sử dụng hồi tiếp chỉ với chủđích thật đơn giản, để giảm thiểu sự sai biệt giữa tiêu chuẩn thamkhảo đưa vào và tín hiệu ra của hệ thống. Nhưng, những hiệu quảcó ý nghĩa của hồi tiếp trong các hệ thống điều khiển thì sâu xahơn nhiều. Sự giảm thiểu sai số cho hệ thống chỉ là một trong cáchiệu quả quan trọng mà hồi tiếp có tác động lên hệ thống. Phần sau đây, ta sẽ thấy hồi tiếp còn tác động lên những tínhchất của hệ thống như tính ổn định, độ nhạy, độ lợi, độ rộng băngtần, tổng trở. H.1_9: Hệ thống có hồi tiếp. Xem một hệ thống có hồi tiếp tiêu biểu như (H.1_9). Trongđó r là tín hiệu vào. C là tín hiệu ra. G và H là các độ lợi. a) Hiệu quả của hồi tiếp đối với độ lợi toàn thể (overallGain). So với độ lợi của hệ vòng hở (G), độ lợi toàn thể của hệ vòngkín(có hồi tiếp) có thêm hệ số 1+GH. Hình H.1_9 là hệ thống hồi tiếpâm, tín hiệu hồi tiếp b có dấu (-). Lượng GH tự nó có thể bao gồm dấu trừ. Do đó, hiệu quảtổng quát của hồi tiếp là làm tăng hoặc giảm độ lợi. Trong một hệđiều khiển thực tế, G và H là các hàm của tần số f. SuấtĠ có thểlớn hơn 1 trong một khoảng tần số nào đó và nhỏ hơn 1 ở mộtkhoảng tần số khác . Như vậy, hồi tiếp sẽ làm tăng độ lợi hệ thốngtrong một khoảng tần số nhưng làm giảm nó ở khoảng tần số khác. b) Hiệu quả của hồi tiếp đối với tính ổn định. Nói một cách khác không chặt chẽ lắm, một hệ thống gọi làbất ổn khi output của nó thoát khỏi sự kiểm soát hoặc là tăngkhông giới hạn. Xem phương trình (1.1). nếu GH = -1, output của hệ thống sẽtăng đến vô hạn đối với bất kỳ input hữu hạn nào. Như vậy, có thểnói rằng hồi tiếp có thể làm một hệ thống (mà lúc đầu ổn định) trởnên bất ổn. Hồi tiếp là một thanh gươm 2 lưỡi. Nếu dùng khôngđúng cách, nó sẽ trở nên tai hại. Nhưng cũng có thể chứng tỏ đượcrằng, mối lợi của hồi tiếp lại là tạo được sự ổn định cho một hệthống bất ổn. Giả sử hệ thống hồi tiếp ở (H.1_9) bất ổn vì GH = -1. Bâygiờ, nếu ta đưa vào một vòng hồi tiếp âm nữa, như (H.1_10) . Ðộ lợi toàn thể của hệ thống bây giờ sẽ là :(1.2) Nếu do những tín chất của G và H làm cho vòng hồi tiếptrong bất ổn, vì G.H = -1. nhưng toàn thể hệ thống có thể vẫn ổnđịnh bằng cách chọn lựa độ lợi F của vòng hồi tiếp ngoài. c) Hiệu quả của hồi tiếp đối với độ nhạy. (Sensibility) Ðộ nhạy thường giữ một vai trò quan trọng trong việc thiếtkế các hệ thống điều khiển. Vì các thành phần vật lý có những tínchất thay đổi đối với môi trường xung quanh và với từng thời kỳ ,ta không thể luôn luôn xem các thông số của hệ thống hoàn toànkhông đổi trong suốt toàn bộ đời sống hoạt động của hệ thống. Thídụ, điệân trở dây quấn của một động cơ điện thay đổi khi nhiệt độtăng trong lúc vận hành. Một cách tổng quát, một hệ điều khiển tốt sẽ phải rất nhạyđối với sự biến đổi của các thông số này để có thể giữ vững đápứng ra. Xem lại hệ thống ở (H.1_9). Ta xem G như là một thông sốcó thể thay đổi. Ðộ nhạy toàn hệ thống được định nghĩa như sau: M: độ lợi toàn hệ thống. Trong đó: (M chỉ sự thay đổi thêm của M G.(M/M và (G/G chỉ phần trăm thay đổi của M vàG. Ta có:(1.4) Hệ thức này chứng tỏ hàm độ nhạy có thể làm nhỏ tuỳ ý bằngcách tăng GH, miễn sao hệ thống vẫn giữ được sự ổn định. Trong một hệ vòng hở, độ lợi của nó sẽ đáp ứng kiểu một -đối - một đối với sự biến thiên của G. Một cách tổng quát, độ nhạy toàn hệ thống của một hệ hồitiếp đối với những biến thiên của thông số thì tuỳ thuộc vào nơicủa thông số đó. Người đọc có thể khai triển độ nhạy của hệ thống(H.1_9) theo sự biến thiên của H. d) Hiệu quả hồi tiếp đối với nhiễu phá rối từ bên ngoài. Trong suốt thời gian hoạt động, các hệ thống điều khiển vậtlý chịu sự phá rối của vài loại nhiễu từ bên ngoài. Thí dụ, nhiễunhiệt (thermal noise) trong các mạch khuếch đại điện tử, nhiễu dotia lửa điện sinh từ chổi và cổ góp trong các động cơ điện … Hiệu quả của hồi tiếp đối với nhiễu thì tuỳ thuộc nhiều vàonơi mà nhiễu tác động vào hệ thống. Không có kết luận tổng quátnào. Tuy nhiên, trong nhiều vị trí, hồi tiếp có thể giảm thiểu hậuquả của nhiễu. Xem hệ thống ở (H.1_11) Hình H.1_11 Ouput của hệ có thể được xác định bằng nguyên lý chồngchất (super position) (hinh 1.5)- Nếu không có hồi tiếp, H = 0 thì output Ở đó e = r Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (signal to noise ratio) được địnhnghĩa:(1.6) Ðể tăng tỷ số S/N hiển nhiên là phải tăng G1 hoặ ...